复合材料机身C型柱准静态压溃仿真及失效模式

为了研究复合材料机身薄壁C型柱结构轴向压溃吸能特性、失效模式及C型柱多层壳单元建模方法,建立多层壳单元有限元模型,基于准静态轴向压溃实验结果进行对比验证。结果表明:C型柱多层壳单元模型能够在一定程度上模拟层间分层失效及压溃过程中的局部弯曲变形和层束弯曲失效模式;仿真与实验的载荷-位移曲线吻合性较好,压溃初始峰值载荷,比吸能以及压溃均值偏差较小;但C型柱结构压溃初始峰值载荷较大,载荷效率较低,需通过优化设计进一步降低其初始载荷峰值。

复合材料薄壁方管准静态轴向压缩失效机理及吸能特性

以[±45]3s铺层的碳纤维增强复合材料薄壁方管为对象,进行准静态轴向压缩试验,研究其轴向压缩失效模式及破坏吸能特性。试验结果表明,[±45]3s方管在准静态轴向压缩载荷作用下的破坏模式为局部屈曲失效模式;在局部屈曲区,失效主要表现为纤维与基体断裂、分层以及轴向与纵向裂纹扩展,并耗散大量能量;在弹性区,能量耗散大部分由于层间分层,少部分来自于纤维与基体弹性变形。基于Puck2000基体失效准则与Yamada Sun纤维失效准则,研究建立单层壳、多层壳、层合壳3种有限元模型,对方管轴向压缩失效模式和吸能特性进行模拟。仿真结果表明,3种有限元模型能够在一定程度上复现[±45]3s方管轴向压缩失效模式及吸能特性,但层合壳模型能够更好地模拟[±45]3s方管局部屈曲的失效模式,且比吸能误差最小,仿真结果与试验结果最接近。

次临界能源堆用多群截面库的研制与校验

采用NJOY程序制作187群多群截面,使用输运程序ANISN计算铀球临界基准题和铀球水腔模型,对该多群截面库临界计算、反应率、中子能谱计算进行数值校验。将该多群截面应用于次临界能源堆多层球壳模型计算,计算结果与连续能量蒙特卡罗程序MCNP5的结果进行比较。结果表明,该多群截面库制作正确,可用于次临界能源堆物理计算,能够正确给出反应率值和中子能谱。

复合材料波纹板准静态轴压性能试验及数值模拟

以[+45/-45]_(4s)和[0/+45/-45/0]_(2s)碳纤维增强复合材料波纹板为研究对象,通过准静态轴压试验获得其失效形貌及载荷-位移曲线;通过CT扫描分析其破坏机理,基于吸能特性评价指标进一步研究其吸能特性。针对[0/+45/-45/0]_(2s)波纹板,建立考虑层间模型的多层壳模型进行轴压仿真,通过对比失效形貌、载荷-位移曲线及吸能特性评价指标来验证有限元模型。试验结果表明:[+45/-45]_(4s)波纹板出现整体失稳现象,材料利用率较低导致其吸能特性较差,且试验获得的比吸能的离散系数大于15%,试验重复性较差。[0/+45/-45/0]_(2s)波纹板为典型的层束张开失效模式,材料利用率较高导致其吸能特性较好,吸能特性评价指标的离散系数均小于15%,具有良好的轴压稳定性与可重复性。在±45°纤维铺层中增加0°纤维铺层,可改变其轴压失效模式,并显著提升其轴压吸能特性。仿真结果表明:多层壳模型能较好地复现[0/+45/-45/0]_(2s)波纹板轴压过程及层束张开失效模式;同时仿真获得的比吸能比试验均值高2.27%,能较好地复现[0/+45/-45/0]_(2s)波纹板轴压吸能特性,从而验证了多层壳模型。

植物茎秆在各种荷载作用下的非线性弹性屈曲

基于植物茎秆微观结构的生物仿生,建立纵向加肋多层圆柱壳模型,采用有限法计算了植物茎秆在轴压、弯曲、扭转和风荷载等各种荷载作用下的弹性屈曲和后屈曲行为,并与相同材料的等质量单层圆柱壳模型的计算结果作了比较,发现其抗屈曲/倒伏能力明显高于后者。

复合材料薄壁管准静态压溃精确建模及分析

与传统金属结构相比,碳纤维增强复合材料是一种具有很强设计性的吸能材料。由于其各向异性的材料性质,精确建模对结构设计具有重要影响。根据碳纤维增强复合材料薄壁管的多层结构特征,建立两层壳单元分析模型,对基于T700纤和QY8911树脂的复合材料薄壁管进行轴向准静态压溃仿真分析,并与试验数据进行对比,研究复合材料管的压溃失效方式和有限元建模方法的可信性。结果表明,基于Hashin失效准则的两层壳单元模型能够有效地反映出复合材料管的压溃失效机制和吸能特性。接着,研究了圆锥形复合材料薄壁管的压溃吸能特性,分析了复合材料截面形状对压溃失效方式的影响,证实了圆管具有较为稳定的失效模式和较好的吸能特性。